L'hibernation ne se produit que chez les animaux homéothermes : de petits mammifères (insectivores comme le hérisson, rongeurs comme le loir et la marmotte, etc.) et quelques rares oiseaux (engoulevent de Nuttall). La période d'hibernation correspond à un abaissement de la température corporelle jusqu'au voisinage de celle du lieu (grotte ou terrier) dans lequel l'animal s'abrite (la température de la marmotte, par exemple, descend à 5 °C). L'animal entre dans un état de torpeur qui lui permet de réduire ses dépenses énergétiques. La plupart des fonctions de l'organisme sont ralenties (fréquences cardiaque et respiratoire, consommation d'oxygène, etc.). Ce « sommeil » est toujours entrecoupé de courtes périodes de réveil, dont les raisons sont mal définies. Le réveil définitif a lieu dès l'augmentation des températures extérieures à l'approche du printemps. Chez certains animaux, il existe non une hibernation véritable, mais un ralentissement des fonctions vitales, accompagné d'une légère hypothermie. C'est le cas de l'ours, chez qui la température interne ne descend pas au-dessous de 29 ou 30 °C.